铣床的数控X-Y工作台设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 前言 设计目的 数控机床课程设计是机电一体化专业教学中的一个重要的实践环节，学生学完技术基础课和专业课，特别是“数控技术及应用”课程后应用的，它是培养学生理论联系实际、解决实际问题能力的重要步骤。本课程设计是以机电一体化的典型课题 -数控系统设计方案的拟定为主线，通过对数控系统设计总体方案的拟定、进给伺服系统机械部分设计，计算以及控制系统硬件电路的设计，使学生能够综合应用所学过的机械、电子和微机方面的知识，进行一次机电结合的全方面训练，从而培养学生具有初步设计计算的能力以及分析和处理生产过程中所遇到的问题 的能力。 设计要求 课程设计是机床数控系统课程的十分重要实践环节之一。通过课程设计可以初步树立正确的设计思想，了解有关的工业政策，学会运用手册、标准、规范等资料；培养学生分析问题解决问题的实际能力，并在教师的指导下，系统地运用课程和选修课程的知识，独立完成规定的设计任务。 课程设计的内容是改造设备，实现以下几部分内容的设计训练。如精密执行机构（或装置）的设计、计算机 I/O 接口设计和驱动电路以及数控化电气原理设计等。 说明书的内容应包括：课程设计题目总体方案的确定、系统框图的分析、电气执行元件的选用说明、机械 传动设计计算以及机械和电气及其他部分（如环形分配器等）的说明。 该课程设计的内容及方法，可以归纳如下： 1.采用微型计算机（包括单片机）进行数据处理、采集和控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用、接口电路、软件编制等。 2.选用驱动控制电路，对执行机构进行控制。主要考虑计算机的选择或单片机构成电路的选用，考虑电机选择及驱动力矩的计算，控制电机电路的设计。 3.精密执行机构的设计。主要是考虑数控机床工作台传动装置的设计问题：要弄清机构或机械执行元件的主要功能（传动运动、动力、位置装置、微调、精密定位 或高速运转等），进行力矩、负载功率、惯性（转动惯量）、加（减）速控制和误差计算。 4.学会使用手册及图表资料。 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 1.总体方案的确定 1.1 设计参数 系统分辨率为 0.01mm，其它设计参数如下表 。 设计分组 最大铣刀直径 最大铣削宽度 ae 最大铣削深度 ap 加工材料 工 作 台加 工 范 围（ mm） 最大移动速度 4 16mm 5mm 2mm 碳钢 X=200,y=150 3m/min 工作台草图 1.2 初选步进电动机和丝杠 当传动比 i=1 时，可用联轴器直接将电机与丝杠连接，这种结构有利于简化结构，提高精度。由 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 20 20 20 i=pbL360 (公式 2-1) 错误 !未找到引用源。 ， b 为步进电机步距角 Lo 为滚珠丝杠导程、p为系统脉冲当量。 选电动机型号为 55BF009，其步矩角b= 9.0 选丝杠规格为 2004-3(FYND) 其导程为 4mm, 由传动比公式pb Li 360 0得 101.0360 49.0 i故可用联轴器将电机与丝杠直接连接。 预选由广州菱科自动化设备有限公司生产的 LK13 系列刚性联轴器（ ）。 1.3 初定工作台尺寸 查机电一体化设计手册，根据 (GB/T 158-1996)选工作台 T 型槽尺寸如下： 深度 H=15mm 槽低宽度 B 12mm 槽宽 A 6mm C 6mm 槽数 5，间隔 40mm ； 由工作台加工 范围 200*150 选工作台尺寸 240 200 20 初定滚珠丝杠长度 L 340mm 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 B 5060 Lx+B+1020 3545 1.4 系统组成框图 2.机械部分的设计 2.1 传动系统等效转动惯量计算 2.1.1 机转子转动惯量查指导书表面 2-18 得 20701.0 cmkgJ D 2.1.2 丝杠的转动惯量由指导书公式 2-3 有 234 1078.0 cmkgLDJS 得 234 4 2 4.0103 4 0278.0 cmkgJ S 2.1.3 工作台转动惯量GJ由于工作台材料为碳钢，故其质量为 kgvm 74.622 0 024108.7 3 2220 .0273.074.6)14.324.0()2( cmkgmLJG 由于联轴器的转动惯量小故可忽略不计 2.1.4 总转动惯量计算 25 2 1 4.00 2 7 3.04 2 4.00 7 0 1.0 cmkgJJJJ GSD B 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2.2 工作载荷分析及计算 铣削运动的特征是主运动为铣刀 绕自身轴线高速回转 ,进给运动为工作台带动工件在垂直于铣刀轴线方向缓慢进给 (键槽铣刀可沿轴线进给 ).铣刀的类型很多，但以圆柱铣刀和端铣刀为基本形式 ,此选用圆柱铣刀 ,铣刀材料选择高速钢 .查金属切削手册 P398常用铣刀介绍表，选择细齿锥柄立铣刀， 其尺寸参数如下：D=16mm,齿数 Z=4。 2.2.1 查金属切削手册 P417细齿锥柄立铣刀切削用量表得铣削速度 min/20 mv 查铣工表 2 4，初选fa 0.03mm 因此可得 m in/3 7 5403.045 rZavnf 查机械制造基础课程设计指导书表 4-15 立式铣床主轴转速表，选铣床型号 X51，查其转速表并将转速圆整为 min/380 rn 实际切削速度为 m i n/1.191000 3801614.31000 mndv 故实际 mmnZvaf 0 29 6.03 80445 2.2.2 根据指导书表 2-2 得高速钢铣刀铣削公式为 zadaaCF pfeFZZ 86.0072.086.081.9 查指导书表 2-3 得铣削力系数 2.68FZC 有 NF Z 1 3 9.1 9 552160 2 9 6.052.6881.9 86.072.086.0 2.3进给工作台工作载荷计算 查指导书表 2-4，有如下表格参数 比值 不对称铣削 逆铣 顺铣 ZL FF / 1 2 0 9 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 ZV FF /0 3 0 8 ZC FF /0 4 0 4 故有纵向进给方向NFNFLSLN 625.175139.1959.0 167.234139.1952.1 工作台垂直进给方向NFNFVSVN 11.156139.1958.0 54.58139.1953.0 工作台横向进给方向 NFFCSCN 0 5 5.781 3 9.1 9 54.0 2.4 滚珠丝杠螺母副的选型和校核 2.4.1 最大工作载荷的计算 滚珠丝杠上的工作载荷mF为走刀抗力，移动体重力和作用在导轨上的其他切削分力相关的摩擦力。 由于选择的导轨要求结构紧凑，间隙调整方便，摩损小，有良好的精度保持性且运动平稳，故选择直线滚动导轨，在此设计中还要求导轨能承受一定的颠覆力矩，所以选择燕尾导轨的实验公式进行计算，由式 2-11 )2( GFFfkFF CVLm 4.1k 2.0 f 将所得数据代入公式有： NF m 9 7 4.3 8 3)0 5 2.660 5 5.78211.1 5 6(2.01 6 7.2 3 44.1 2.4.2 最大动负载 C 的计算及主要尺寸 初选 滚珠丝杠最大运载荷mm FfLC 3由指导书中可知61060 tnL KNCNCrLrLvna 747.736.1 6 6 1974.3832125.1010125.10101 5 0 0 025.1160m i n/25.114045.01 0 0 01 0 0 036602.4.3 传动效率计算 滚珠丝杠螺母副的传动效率 为 )( tg tg查得10552 （或可由00DarctgL 算出） 946.0)10552( 552 tg tg 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 2.4.4 刚度验算 丝杠的拉压变形量的计算 满载时拉压变形量： mmAE LF m 00269.04/5.1714.3106.20 340974.383 241 滚珠与螺纹滚道间的接触变形量2由指导书式 2-17 得3 220 0 1 3.0 ZFD FYJWm式中WD为滚珠直径， mmDW 381.2 Z 为滚珠总数量 个列数圈数 691323 ZZ 233)3 8 1.2 2014.3(3)( WmD dZ NFF mYJ 9 9 1.1 2 73/9 7 4.3 8 33/ 为预紧力 mm001.0698.9 991.127381.28.9/974.3830 0 1 3.03 22 滚珠丝杠副刚度的验算 丝杠总变形量 mm0 0 3 6 9.0001.00 0 2 6 9.021 变形量要少于定位精度得一半，即 0.01/2=0.005 =0.003690.005 因此符合设计要求。 资料来源 /cpzs_sg_cb.asp 2.4.5 压杆稳定性验算 由指导书式 2-18 失稳时的临界载荷 KF 为 2/ LIEfF ZK 丝杠截面惯量矩 44 29.319064/20 mmI 查指导书表 2-11 得 0.2Zf NF K 4 9 0 7 53 0 0/29.3 1 9 0106.2014.32 24 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 稳定性安全系数 49.1 3 19 7 4.3 8 3/4 9 0 7 5/ KmKK nFFn故丝杠符合要求 2.5 导轨的选型和计算 由于选择的导轨为直线滚动导轨 由指导书式 2-20 L 50（FCa ffffWCTH ）3 每个滑块的的工作载荷 NFGF vsh 993.95411.1568.749.64 取 硬度系数 fH 0.53、 fT=1、 fC 0.81、 fW 2 预设导轨寿命 L=50KM 则根据此寿命可算出 Ca 3267kN 故选导轨型号 GDA20SV 符合要求，查指导书表 2 16 可知其 Ca=12.4KN 资料来源 /cpzs_dg_cs.asp 2.6 驱动电机的选用 根据脉冲当量和最大静转矩初选择电机 2.6.1 步距角的选择 已知脉冲当量 脉冲/01.0 mmP 由公式 2-23 PPbiL 01.03601 49.0360 0 代入数据得2.6.2 步进电机输出转矩的选择 查指导书表 2-17 得 步进电机启动转矩 KM 与最大静转矩maxjM的关系有 707.0/ m a x jKq MM 加速度力矩 2m a x 10602 tnJJM Ka 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 cmNMrvnkaPb 0 9 3.4101.0607 5 014.325 2 1 4.0m i n/7 5 03 6 001.09.03 0 0 03 6 02m a xm a x 空载摩擦力矩（取传动系统总效率 8.0 ） .、 cmNiLfGMkf 0 2 9.018.014.32 4.00 0 5.0)8 3 1.60 5 2.66(2 0 NG 052.66工作台 , NG 8 3 1.68.96 9 7.0 丝杠 附加摩擦力矩 cmNiLFM YJ 876.1)9.01(18.014.32 4.0)3/974.383()1(2 22000 0为滚珠丝杠未预紧时的传动效率取 9.00 故电机空载启动力矩 cmNMMcmNMMMMkqjkakfKq471.8707.0/989.5707.0/989.5876.1093.4029.01m a x0 784.008471.01m a x mNM j作用在工作台的合力 F 的计算，逆铣的时候合力大 NFFFF CSVSLS 867.188055.7811.156625.175 222222 作用在工作台上的合力 F 折算到电机上的转矩 cmNiLFM F 037.1518.014.32 4.0867.1882 0 运动部件正常工作时的总负载转矩 cm026.210 NMMMMM FkakfKq 故运动部件正常运行时需的最大静转矩2maxjM5.03.0/2m a x fqj MM 此处取 0.5 代入得 cmNM j 052.425.0 026.212m a x 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 7 8 4.0.4 2 0 5.02m a x mNM j 按步进电机最大静转矩选择要求 2m a x1m a xm a x , jjj MMM a xM 所以， 查表 2-18 选择步进电机 55BF009 2.6.3 启动矩频特性校核 查指导书图 2-21 步进电 机启动矩频特性曲线 当启动力矩 mNMkq 3278.0时对应的允许启动频率 Hzfyq 8000，而由表 2-18 查得电机的启动频率Hzfq 8000 yqq ff ，保证了电机快速启动时不丢步。 运行矩频特性校核 快速进给运行矩频特性校核： 由式 2-34 得，快进力矩 cmNMMMkfKJ 9 0 5.18 7 6.10 2 9.00查指导书 2-22 得，允许快进频率 Hzfykj 8000由式 2-33 得电机最高快进频率 HzvfPkj5 0 0 001.060 31 0 0 0601 0 0 0 m a x ykjkj ff ，故电机快速进给时不丢步。 2.6.4 工进运行矩频特性校核 工进时步进电机的运行频率为 HzvfPGGJ 9 0 701.060 5 4 4.01 0 0 0601 0 0 0 工进时步进电机运行所需力矩 tfGJ MMMM 0cmNi LGFfM Vf 071.018.014.32 4.0)8.974.611.156(004.02 )( 0 工作负载力矩 cmNiLFM tt 04.1518.014.32 4.0867.1882 0 cmNM GJ .016.1704.15071.0908.1 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 查指导书图 2-22 得 允许工进运行力矩 mNMyGJ .5.3GJyGJ MM 满足设计要求，故可选用此电机。 3.数控系统的设计 3.1 硬件设计（硬件详细接线图见图纸 3） 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3.2 步进电机开环伺服原理 8031 T0 NTI 存储器接口 输入显示 接口 IR0IR1IR2IR3MCX311 IR4IR5INT 限 位 X 向编码器控制 Y 向编码器控制 I/O 扩展 接口 光耦 功放 X 向电机 光耦 功放 Y 向电机 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3.3 步进电动机的控制框图 3.4 软件程序设计（ 逐点比较法直线插补） N Y 设步长计数器 保护现场 转向标志为 1 置正转控制字指针 输出控制字 是结束标志 延时、控制字地址指针 1 返回 恢复现场 总步数为零 置反转控制字 分配后的 脉冲信号 D C B A 脉冲 信号源 脉冲分配器YBO14 功率 放大 脉冲信号 放大后的 脉冲信号 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 3.4.1 用逐点比较法进行直线插补计算，每走一步，都需要以下四个步骤： 偏差判别：判别偏差 0MF或 0YE，可用 X 方向走的总步数 XE作为终点判别的依据，如动点 X 等于终点 XE则停止。当 XEYE，则用 Y方向走的总步数 YE作为终点判别的依据。 由此，第一象限直线插补程序的算法如下： （ 1） 判别 FM是大于 0 还是小于 0。 （ 2） 若 0MF ，则向 +X 方向输出一进给脉冲，计算新偏差 FM=FM-YE，并修改动点坐标为 X=X+1；若 0=0？ Y方向进给 Fm Fm X Y Y 1 Fm Fm Y X X 1 X Xe？ Y Ye？ 返 回 X 方向进给 充值下载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 充值下 载文档就送全套 CAD 图纸 扣扣加 414951605 第一象限直线插补的程序： ORG 2000H MAIN： MOV SP, #60H LP4: MOV 28H, #0C8H； MOV 29H, #0C8H； MOV 2AH, #00H； MOV 2BH, #00H； MOV 2EH, #00H； MOV 70H, #0AH LP3: MOV A, 2EH JB ACC.7, LP1 MOV A, 70H SETB ACC.0 CLR ACC.2 MOV 70H, A LCALL MOTR LCALL DELAY MOV A, 2EH SUBB A, 29H INC 2AH AJMP LP2 LP1: MOV A, 70H SETB ACC.2 CLR ACC.0 LCALL MOTR LCALL DELAY M